Mechanical behavior and durability of earth concrete : an experimental and numerical study

Ces dernières années, de nombreux efforts ont été réalisés dans le domaine de la construction pour remplacer le béton traditionnel par des matériaux alternatifs tels que le béton contenant une forte proportion de divers composants écologiques appelés « verts » tout en maintenant des propriétés mécaniques acceptables pour l'application souhaitée. Par exemple, les constructions réalisées à partir de la terre crue sont intéressantes considérant leurs meilleures propriétés thermiques et acoustiques par rapport à un béton ordinaire. L'objectif de la production de ce béton est de réduire la consommation de ciment et donc la production de CO2, de fournir des solutions pour éviter l'épuisement des ressources naturelles comme les granulats et de réduire la consommation d'énergie dans le processus de production. Ces dernières années, plusieurs études ont été réalisées afin de développer des méthodes communes et faciles à appliquer dans le domaine de la construction avec ces nouveaux matériaux, ce qui a conduit à la sélection de béton de terre. Ce béton est constitué d'argile traitée par de faibles quantités d'un ou de plusieurs liants hydrauliques et peut être coulé comme un béton ordinaire. En plus, nous avons remplacé les agrégats naturels par des agrégats recyclés (sable recyclés) pour contribuer à éviter l'épuisement des ressources naturelles. Dans un premier temps, les effets de l’argile et du sable recyclé sur le comportement mécanique sous sollicitations monotones du béton de terre ont été étudiés. Des essais de compression ont été réalisés à différents âges et à différentes conditions de cure et suivis simultanément avec les techniques de traitement d'images et d’émission acoustique. Des essais de flexion ont été également réalisés. Les résultats ont montré la perte des propriétés mécaniques à cause du remplacement de sable naturel par le sable recyclé et de l'introduction de l’argile dans la composition du béton étudié. En plus, les résultats ont montré l’effet de l'argile sur la baisse des propriétés mécaniques au long terme lors du séchage. Pour mieux comprendre ce comportement, le retrait de dessiccation a été mesuré en parallèle avec la perte de masse. Des mesures de pression capillaire ont été réalisées. Dans un second temps, le comportement mécanique sous sollicitations cycliques du béton de terre a été étudié et suivi simultanément avec les techniques de traitement d'images et d’émission acoustique. Une assez bonne corrélation concernant l'évolution de l’endommagement a été révélée entre les deux techniques. Finalement, des essais de fluage ont été réalisés. Dans la partie numérique, des simulations par éléments-finis ont été réalisées en utilisant le modèle d'endommagement isotrope de Fichant afin de reproduire le comportement à la rupture de ces matériaux et d'en déterminer les propriétés mécaniques. En plus, des simulations du comportement différé du béton de terre en étudiant les déformations de retrait et la perte de masse ont été ainsi réalisées.In recent years, many efforts have been made in the field of construction to replace traditional concrete with alternative materials such as the concrete containing a high proportion of various ecological components called 'green' in acceptable properties for the desired application. For example, constructions made from the raw earth are interesting considering their better thermal and acoustic properties compared to ordinary concrete. The objective of the production of this concrete is to reduce the consumption of cement and therefore the production of CO2, to provide solutions to avoid the depletion of natural resources such as aggregates and reduce energy consumption in the production process. On the other side, efforts have been made to replace natural sand by recycled sand to avoid resource depletion as well. In the following study, first, the effect of clay and recycled sand on the mechanical behavior of earth concrete was studied. Compressive tests were carried out at different ages and at different curing conditions and monitored in parallel with acoustic emission (AE) and digital image correlation (DIC) techniques. Flexion tests were performed as well. The results revealed degradation in the mechanical properties as recycled sand replaces natural sand and with clay content. In addition, the results showed the contribution of clay to strength development after short period of drying and to strength loss after long period of drying. Such loss was more significant in the recycled sand-clay mixtures. To better understand this behavior, the shrinkage was measured in parallel with mass loss. In addition, capillary rise test was conducted. Second, earth concrete mixtures were subjected to cyclic loadings and monitored as well by AE and DIC. An AE damage assessment was carried out. A good correlation between both investigations was revealed. Finally with experimental part, creep tests were performed. Regarding numerical modelling, as a first step, numerical simulations with finite elements were performed using Fichant's isotropic damage model to reproduce the breaking behavior of these materials and to determine the mechanical properties. In addition, simulations were carried out for the mass loss and shrinkage